JP2022511890A

JP2022511890A - 植物生育用の生分解性発泡基体、それを用いた植物システム、及びその製造方法

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Publication number: JP2022511890A
Application number: JP2021532430A
Authority: JP
Inventors: マルティン・ティーテマ; マルテイン・ベルヤールス; フィンセント・ファン・アッセン; イネタ・スタンクーテ
Original assignee: Foamplant BV
Current assignee: Foamplant BV
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2022-02-01
Also published as: EP3890471A1; NL2022153B1; CN113163723A; KR20210098516A; WO2020117062A1

Abstract

本発明は、植物生育用の生分解性発泡基体、それを備えたシステムおよびその製造方法に関する。本発明の植物生育用の生分解性発泡基体は、生分解性ポリマーと核剤とを含み、生分解性ポリマーがポリエステル及び／又は芳香族ポリマーであり、生分解性発泡基体が植物の生育を可能にする連続気泡構造を提供する。

Description

本発明は、植物生育用の生分解性発泡基体に関する。

実際、土壌を使用する代わりに、基体が植物の生育に使用される。植物生育用の基体は、水耕、半水耕、水耕生育、及び類似のシステムから知られており、植物は水、肥料、及び他の関連成分を輸送する代替培地で生育される。このような（生育）システムは、例えば、グラスハウス及び／又はグリーンハウスに適用可能である。実際には、基体材料は、無機繊維材料或いは泥炭及び／又はＰＵＲから作られた岩綿等の合成材料から作られ、又はポリマーシートで圧縮されたココピート栓又はコンポスト栓等の分解性及び／又は堆肥化可能な材料から作られる。植物の根は基体に侵入し、植物を固定する。多くの場合、供給システムは、植物の生育を可能にするために、水、肥料、及びその他の関連成分を植物の根に与える。

このような合成基体の問題の１つは、これらの基体が望ましくない（農薬）化学薬品を含んでいる可能性があるという事実に関連しており、この基体材料の廃棄を困難にする。合成基体のプラグは、根の生育を最適化するために湿りすぎていることが多い。さらに、実際には、この基体材料のそのような材料の持続可能性がなく、材料がしばしば損傷を受けやすいという事実に直面する。

岩綿の具体的な問題点は、岩綿が根の病気を引き起こす可能性があることと、手作業での取り扱い時に有害であることとである。泥炭及び／又はＰＵＲは水のインフラを詰まらせる可能性があり、複雑な栄養組成を持つことが知られている。

このような分解性及び／又は堆肥化可能な基体の問題点は、これらの基体が、根の栄養素の必要性を満たすことを困難な状態にすることを明確にし難い、望ましくない組成を含んでいる可能性があるという事実に関する。これらの分解性及び／又は堆肥化可能な基体は、水のインフラを汚染する。さらに、分解性及び／又は堆肥化可能な基体の栓は、寸法的に不安定であることが多い。

本発明は、上述の問題点の１つ以上を回避又は軽減することができる基体を提供することを目的としている。

これは、生分解性ポリマー及び核剤を含む生分解性発泡基体で、生分解性ポリマーがポリエステル及び／又は芳香族ポリマーであり、生分解性発泡基体が植物の生育を可能にする連続気泡構造を含む、植物を生育するための本発明による生分解性発泡基体によって達成される。

本出願では、基体と発泡基体とは同じ意味で使用され、同じ対象を指していることに留意される。

本発明による発泡基体は、ポリエステル及び／又は芳香族ポリマーである生分解性ポリマーを含む。本発明との関係において、生分解性とは、バクテリア、菌類、藻類等の微生物の作用により、特性が失われることを意味する。本発明による生分解性発泡基体を生分解性ポリマーから製造することで、環境に優しい植物生育用の基体が達成される。これにより、例えば、水耕生育システムやその他の適切なシステムを用いて、グラスハウス及び／又はグリーンハウスで植物や植物基体を生育する際の環境負荷を大幅に低減することができる。生分解性製品の使用による更なる効果として、基体はまた堆肥化可能であることが好ましい。本発明との関係において、堆肥化可能とは、ＣＯ₂、水、無機化合物及びバイオマスの収量をもたらす生物学的プロセスによる分解を意味する。したがって、本発明による発泡基体中の生分解性ポリマーは、水インフラ及び／又は水処理プラントの目詰まりが防止されるように分解されることが可能である。さらに、本発明による発泡基体の生分解性ポリマーは寸法安定性に優れているため、発泡基体の蓄積による閉塞を防ぐことができる。

このような生分解性ポリマーを使用することの更なる利点として、植物は基体材料の分解から利益を更に得ることができる。これにより、基体は、安定化及び／又は固定効果に加えて、植物生育のための分解生成物の使用による生育効果の両方を有する結果となる。これにより、本発明による基体材料は、コスト的にも有益かつ効率的である。さらなる効果として、基体材料の廃棄がずっと容易となり、それにより効果的かつ効率的な植物生育用の基体に寄与する。

本発明による発泡基体のより一層の利点は、基体が寸法的に安定していることである。本発明に関して、これは、基体が結果的に圧縮可能かつ拡張可能な柔軟な形状を有することを意味する。基体は、曲げたり、圧縮したり且つ／又は広げたりしても、元の形状に戻る。寸法安定性の効果は、基体が容易に輸送可能であり、農業システムに容易に適用可能である。輸送時には、基体を厳格に保護する必要がない。農業システムに適用する際、発泡の形状が損なわれないので、基体を自由に使用することができる。

連続気泡構造の発泡基体として基体を提供すれば、植物の根が基体材料に比較的容易に侵入することができる。これにより根の生育が著しく促進される。そのため、これは植物の生育を総合的に効率化することに寄与する。かかる連続気泡構造は、好ましくは、多数の、互いに連結された開口若しくは空洞又は細孔若しくはセルを有するスポンジ状構造に関するものである。かかる連続気泡構造には、基板内の水及び／または空気の均一かつ明確に定義された分布が提供されるという利点がある。さらに、本発明による発泡基体は連続気泡構造を提供し、生分解性発泡基体は、植物の生育を促進する水の摂取を可能にする連続気泡構造を提供する。

本発明による発泡基体の更なる利点としては、基体が手作業での使用において安全であることが挙げられる。このことは、基体を安全に使用できることを意味する。基体を取り扱う際に、保護手袋、安全メガネ、防塵マスク等の安全対策を全く必要としない。

さらに、本発明による発泡基体の更なる利点としては、基体が衛生的且つ／又は無菌であることが挙げられる。その結果、病気及び／又は真菌の繁殖を抑える効果がある。特に植物の根から植物の病気及び／又は真菌の繁殖が始まった場合、これは植物にとって有害である。

さらに、本発明による発泡基体の更なる利点としては、基体が生育植物に提供される栄養液に対して実質的に不活性であることが挙げられる。この結果、価値ある栄養素の浪費を抑制する効果がある。栄養素が流れる代わりに、植物の根で消費することができる。

現時点で好ましい実施形態では、連続気泡構造は、少なくとも５０％の連続気泡含有量を含む。これは、基体容積の少なくとも５０％が、溝の形で開口、細孔、空洞、及びそれらの連結体として提供されることを意味する。この連続気泡量は、水銀圧入式ポロシメトリー又はガス物理吸着法に従って測定することができる。この測定は、比表面積と細孔径分布をもつ細孔のサイズを測定するのに用いられる。他の適切な測定も実施可能であることが理解されるであろう。

本発明の現時点で好ましい一実施形態では、全平均セルのサイズが０．００１～３．０ミリメートル、好ましくは０．０１～２．０ミリメートル、より好ましくは０．０１～１．５ミリメートルの範囲内であり、セルは互いに連結された空洞である。平均セルのサイズが前述したように１つ又はいずれかの範囲内にある発泡基体のおかげで、ほとんどの植物の根が容易に侵入し、本発明による生分解性発泡基体内で効果的に生育することができる。好ましくは、空洞の７５％が前述の範囲内のセルのサイズである。これは、セルのサイズの実際の分布に関するものである。セルのサイズは、空洞の特徴的な長さ又は直径で定義される。セルのサイズは、ＡＳＴＭ３５７６－１５に準拠して、２方向の所定の長さにわたるセル壁の数をカウントすることによって決定される。

本発明の現時点で好ましい実施形態では、生分解性ポリマーは、ポリブチレンセバケートテレフタレート及び／又はポリブチレンアジペートテレフタレート及び／又はそれらの混合物の群から選択される。

ポリブチレンセバケートテレフタレート及び／又はポリブチレンアジペートテレフタレートを使用することで、生分解性があり、好ましくは堆肥化可能な効果的な生分解性発泡基体が得られることが示された。加えて、植物の根が発泡基体に侵入して生育することを可能にする一方で、植物を基体に固定する可能性を改善することも示された。これらの生分解性ポリマーは、特に植物育成のための生分解性発泡基体の柔軟性及び強靭性に寄与する。

上述の生分解性ポリマーに加えて、又はその代替として、生分解性ポリマーは、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネートの群であってもよい。これらの生分解性ポリマーは、前述のポリマーの代替として適用することができ、又はそれらと混合して使用することができる。かかる混合物は、柔軟で強靭な基体を提供し、比較的高い弾性率と強度に関連する特性を提供する。特に、ポリブチレンアジペートテレフタレートと、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネートの１種以上を組み合わせて使用すると、ポリブチレンアジペートテレフタレートが発泡基体の柔軟性と強靭性に大きく寄与し、その他の生分解性ポリマーが発泡基体の強度及び剛性に寄与する混合物が得られる。

現時点で好ましい実施形態では、ポリブチレンセバケートテレフタレート及び／又はポリブチレンアジペートテレフタレートとの混合物中の、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネートの群の生分解性ポリマーの量は、１０～９０ｗｔ％の範囲内であり、好ましくは１０～６０ｗｔ％の範囲内であり、最も好ましくは１０～３０ｗｔ％の範囲内である。このような混合物は、植物の生育に良好な特性を有する連続気泡構造の発泡構造を提供することが示された。

現時点で好ましい実施形態では、ポリエステル及び／又は芳香族ポリマーは、分枝及び／又は架橋されている。この分枝及び／又は架橋は、連続気泡構造の提供に寄与する。

本発明の更に好ましい実施形態では、核剤は、タルク、セルロース、ハイドロタルサイト、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、炭酸アルミニウム、重炭酸アルミニウム、炭酸カルシウム、重炭酸カルシウム、ステアリン酸カルシウム、又はそれらの混合物の群から選択される。

前述の群からの１つ以上の成分としての核剤の使用は、本発明による効率的な生分解性発泡基体を提供することが示された。

現時点で好ましい実施形態では、生分解性発泡基体は、一体押出発泡である。かかる一体押出発泡は、その意図された所望の形状及び寸法の発泡基体を直接提供する。

発泡を一体的に押し出すことは、押出機内で発泡を押し出すことを含む。したがって、押出機には複数のゾーンが設けられており、かかるゾーンは、例えば、取り込みゾーン、注入ゾーン、及び混合ゾーンである。発泡の膨張は、モールド内及び／又はモールド後に達成される。

かかる一体押出発泡の更なる利点としては、発泡時に発泡が乾燥し、溶剤を含まないことが挙げられる。これにより、溶媒の乾燥及び／又は除去のコストが削減される。

さらに、この一体押出発泡の細孔は効率的に制御される。植物を生育させるには同じ細孔のサイズであることが好ましく、これにより、効率的かつ効果的な根の生育を可能にする。

したがって、一体押出発泡は、より効率的かつ効果的である。

さらに好ましい実施形態では、水銀圧入式ポロシメトリー又はガス物理吸着法により測定した場合、連続気泡構造が少なくとも７０％の生分解性発泡基体の連続気泡含有量を含み、水銀圧入式ポロシメトリー又はガス物理吸着法により測定した場合、好ましくは生分解性発泡基体の連続気泡含有量が少なくとも８０％であり、水銀圧入式ポロシメトリー又はガス物理吸着法により測定した場合、より好ましくは生分解性発泡基体の連続気泡含有量が少なくとも９０％であり、水銀圧入式ポロシメトリー又はガス物理吸着法により測定した場合、最も好ましくは生分解性発泡基体の連続気泡含有量が少なくとも９５％である。

比較的大きな連続気泡含有量を有する生分解性発泡基体を提供することにより、根がより簡単に生育することができる。加えて、植物、特に植物の根には、水、肥料、栄養素、及びその他の関連成分をより簡単に供給することができる。これは、根と植物の生育を刺激する。

本発明の現時点で好ましい一実施形態では、生分解性発泡基体のセルは、５～１００ｃｍ³ｇ^-1の範囲、好ましくは５～５０ｃｍ³ｇ^-1の範囲、より好ましくは５～２５ｃｍ³ｇ^-1の範囲の総容積を有する細孔を有している。本発明による基体は、そのセル内に関連成分を含む水を含侵及び／又は吸収することができ、これは、開口、空洞、細孔とも呼ばれ、セルは好ましくは互いに連結されている。好ましくは、細孔は、全細孔容積の少なくとも７５％がこの範囲内にある総容積を有する。

本発明の現時点で好ましい一実施形態では、生分解性発泡基体のセル及び細孔の総容積は、実質的に同じである。本発明による基体は、その関連成分と共に水をそのセル内に含侵及び／又は吸収することができ、開口部、空洞、細孔とも呼ばれ、セルは好ましくは互いに連結されている。液体の導入又は吸収により、植物の根の浸透と生育の可能性がさらに改善される。かかるスポンジ状構造のこれらのセルは、液体の導入又は吸収によって膨張又は圧縮できることが理解されるであろう。

本発明の現時点で好ましい一実施形態では、生分解性基体は、好ましくは、最大６０℃以下のガラス転移温度であり、好ましくは最大３０℃以下のガラス転移温度、より好ましくは最大０℃以下のガラス転移温度であり、最も好ましくは最大－２０℃以下のガラス転移温度である。好ましくは発泡基体の密度が１０ｋｇｍ^-3～２００ｋｇｍ^-3の範囲内であり、より好ましくは発泡基体の密度が２０ｋｇｍ^-3～９０ｋｇｍ^-3の範囲内であり、更により好ましくは発泡基体の密度が３０ｋｇｍ^-3～７０ｋｇｍ^-3の範囲内であり、最も好ましくは発泡基体の密度が約５０ｋｇｍ^-3である。好ましくは生分解性ポリマーの重量平均分子量が１０，０００ｇｍｏｌ^-1～１，０００，０００ｇｍｏｌ^-1の範囲内であり、好ましくは生分解性ポリマーの重量平均分子量が１０，０００ｇｍｏｌ^-1～５００，０００ｇｍｏｌ^-1の範囲内であり、より好ましくは生分解性ポリマーの重量平均分子量が２０，０００ｇｍｏｌ^-1～２５０，０００ｇｍｏｌ^-1の範囲内であり、最も好ましくは生分解性ポリマーの重量平均分子量は３０，０００ｇｍｏｌ^-1～１５０，０００ｇｍｏｌ^-1の範囲内である。重量平均分子量は、ＩＳＯ１３８８５－１に従ってゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）によって決定された。

実験により、前述の特性を備えた生分解性発泡基体を提供すると、植物を生育させるための効果的かつ効率的な基体が提供されることが示された。好ましくは、基体は、植物を生育させるための最適な条件を有するために、前述の特性のすべてを満たす。より好ましくは、発泡基体の密度は、５５ｋｇｍ^-3～１００ｋｇｍ^-3の範囲内である。

本発明の更に好ましい実施形態では、発泡基体は添加剤を更に含み、添加剤はパーライト、バーミキュライト、ナノクレイ、塩、セルロース繊維、麻繊維、綿繊維、ココヤシ繊維、ポリエチレングリコール、ポロキサマー、界面活性剤、植物栄養素、糖類、又はそれらの混合物の群から選択される。

実際に添加される添加剤又は添加物は、生分解性発泡基体の所望の特性に応じて選択することができ、それは特定の植物又は植物の品種次第である可能性があることが理解されるであろう。例えば、パーライト及びバーミキュライトは、水の吸水性及び根の生育に有益である。ナノクレイは、水の吸水性及びポリマーマトリックスの固定化に有益である。塩は、水の吸収性及び植物の供給を改善するために使用することができる。セルロース繊維は、さまざまな特性に合わせて設計することができる。例えば、通常のセルロース繊維では、吸水性、堆肥化性、バイオベースの含有量を向上させることができる。超微細なセルロース繊維は、吸水性、ポリマーマトリックスの固定化及び改良バイオベースの含有量を改善する。ナノ結晶繊維は、吸水性及びポリマーマトリックスの固定化を改善する。ナノフィブリル繊維は、ポリマーマトリックスの固定化と水の吸水性を改善する。ＣＭＣ等の表面改質セルロース繊維は、吸水性を改善する。他の成分は、他の特性を改善する。例えば、麻繊維は取り扱い性、堆肥性及び改良バイオベースの含有量を改善する。綿繊維は、吸水性、取り扱い性、堆肥性及び改良バイオベースの含有量を改善する。ココナッツ繊維は着色料として機能し、水の吸水性と堆肥化性を改善する。ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポロキサン及び（高分子）界面活性剤は、水の吸収性を改善する。例えば、植物の栄養素は苗の生育を改善する。糖類は水の吸収性を改善し、苗の生育も改善する。

本発明は、本発明の実施形態による、植物と生分解性発泡基体とを保持するための保持ユニットを含む植物生育システムにも関するものであって、保持ユニットは、好ましくは容器であり、より好ましくは少なくとも１つの開口端を有する容器である。

かかる植物生育システムは、生分解性発泡基体で説明したのと同様の効果と利益をもたらす。

本発明はさらに、以下のステップを含む、植物生育用の生分解性発泡基体の製造方法にも関する。
－試薬混合物を作製するために、生分解性ポリマー、核剤と、分枝剤及び／又は架橋剤との混合物を投入する投入ステップ。
－混合物を加熱する加熱ステップ。
－混合物に物理的発泡剤を供給する供給ステップ。
－本発明の実施形態による生分解性発泡基体を形成するために、混合物を実質的に完全に押し出す押出ステップ。

当該方法は、生分解性発泡基体及び／又は植物生育システムに関連して説明したのと同様の効果及び利益をもたらす。好ましくは、加熱ステップ前に添加剤を加える。製造プロセスにおいて、物理的発泡剤は、二酸化炭素、窒素、アルゴン、ＭＴＢＥ、空気、（イソ）ペンタン、プロパン、ブタン等、又はそれらの混合物であることが好ましい。これにより、所望のオープン構造を有する効果的な発泡構造を提供することが示されている。必要に応じて、分枝剤及び／又は架橋剤を加える。分枝剤及び／又は架橋剤は、例えば、複数のエポキシド基を有する化合物からなり、好ましくは、エポキシド基が主鎖にぶら下がったオリゴマー又はポリマーの形態である。分枝剤及び／又は架橋剤は、フリーラジカルの存在下でポリマー鎖と反応することができる、２つ以上の不飽和を有する任意の部分であり得ることが理解されるであろう。例えば、分枝剤及び／又は架橋剤は、ブタジエン、ブタジエン誘導ポリマー、ジビニルベンゼン、ベンゾキノン、亜硫酸フルフリル、又はそれらの混合物であるが、これらに限定されない。例えば、フリーラジカルを形成することが可能な化合物の例としては、ジクミルパーオキサイド、ジ－ｔｅｒｔ－ブチルパーオキサイド、ｔｅｒｔ－ブチルペルオキシベンゾエート、ｔｅｒｔ－ペルオキシアセテート、又はそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。他の適切な成分を分枝剤及び／又は架橋剤として添加できることは理解されるであろう。分枝及び／又は架橋は、光、放射線及び／又は熱による開始等、化学的開始以外の方法によって開始できることが理解されるであろう。

本発明の現在好ましい方法では、押出しは、一体押出発泡基体を形成するための単押出ステップを含む。

本発明の更なる利点、特徴、及び詳細は、その好ましい実施形態に基づいて解明されるが、ここでは、添付の図面を参照している。

本発明の生分解性発泡基体を用いた植物生育システムを示す。添加剤供給システムを示す。スポンジ状構造を説明するための図１の基体の詳細を示す。基体を製造し、該基体上で植物を生育するプロセスを模式的に示す。生分解性ポリマーのＧＰＣスペクトルを示す。連続気泡構造を持つ発泡の顕微鏡写真を示す。本発明による生分解性発泡基体の侵入－排出曲線を示す。図７の侵入曲線から得られたサンプルの差動細孔径分布であり、表１に記載されている。

植物生育システム２（図１）は、生分解性発泡基体６を保持するためのトレイ又はガター４を備えている。植物８は基体６に配置され且つ固定され、その基体６内に侵入し且つ生育する根１０を有する。供給部１２は水と肥料（及びその他の関連成分）を基体６に供給し、出力部１４は残りの流出物を回収する。出力部１４からの流出物は排水部１６に送られ、及び／又はポンプ１８で供給部１２にリサイクルされる。

好ましい実施形態では、胚芽の根は発泡基体に侵入することができない。

添加剤供給システム２０からはポンプ２２及び注入コントローラ２４を用いて１以上の添加剤を供給部１２に供給することができる。制御部２６は、ポンプ１８を調整することで流量を調整し、ポンプ２２を制御することで添加剤の投与を調整し、排水部１６を調整することでリサイクル量を調整する。

本発明に基づいて、代替のシステムも想定できることが理解されるであろう。

スポンジ状構造３０（図３）は、流路３６と互いに連結された細孔又は空洞３４を明確にする材料３２から作られる。使用において、細孔又は空洞３４は、水３８と根１０の生育を可能にする適切な成分とで満たされる。

製造及び生育プロセス１０２（図４）は、選別ステップ１０４で基体６の所望の特性を選択することで始まる。混合ステップ１０６は、生分解性ポリマーと１つ以上の核剤との所望の混合物を提供する。

この生分解性ポリマーと核剤との混合物は、提供ステップ１０８で押出機に提供される。必要に応じて、添加ステップ１１０で添加剤を加えることもできる。押出機内又は押出機の近くで、混合物は、加熱ステップ１１２において、所望の温度まで、又は所望の温度近くまで加熱される。押出機において加熱後の混合物が押出ステップ１１４で移送され、好ましくはブローステップ１１６における二酸化炭素等の物理的発泡剤に対向させる。次に、フォームステップ１１８において発泡構造の実際の成形が行われ、未加工の最終製品が得られる。必要に応じて、寸法測定ステップ１２０で未加工製品の寸法を測定する。例えば、これは、未加工の基体材料を所望のサイズ及び形状に切断することを含んでよい。次に、移送ステップ１２２において、基体６を移送して保管する。

発泡基体６が必要になるとすぐに、導入ステップ１２４で導入される。導入後、植物は生育ステップ１２６で基体上及び基体内に生育することができる。これには、植物の生育に合わせて基体材料の成分を任意に使用する際には、基体の分解が必要になることもある。

ＧＰＣによる生分解性ポリマーの分析（図５）は、１０，０００ｇｍｏｌ^-1～１，０００，０００ｇｍｏｌ^-1の範囲の生分解性ポリマーの重量平均分子量が達成されたことを示す。測定は図５に示すように行われた。重量平均分子量は、ＩＳＯ１３８８５－１に従って決定された。ｇｍｏｌ^-1単位の重量平均分子量（ｘ軸に表示）をＰＳＳＳＥＣｃｕｒｉｔｙＲＩ（ｙ軸に表示）に対してプロットした。

図６は、連続気泡構造を含む発泡の顕微鏡写真を示す。発泡は、本発明による方法を使用して提供される。細孔の平均サイズは０．７０ｍｍである。セルの大部分は、細孔の平均サイズの少なくとも０．５倍、細孔の平均サイズの最大２倍のサイズを含む。細孔のサイズは、ＩｍａｇｅＪプラグインを含むフィジーのオープンソースソフトウェアによって決定される。

実験により、生分解性ポリマーの組み合わせを有利に使用して、特定の植物又は植物の品種に望ましい特性を提供できることが示された。これらの実験のいくつかでは、ポリブチレンセバケートテレフタレート又はポリブチレンアジペートテレフタレートが、約８０～２０の比率でポリヒドロキシアルカノエート又はポリブチレンサクシネートと組み合わせて効果的に使用される。約１～３％、好ましくは２％のタルク及びセルロースが核剤及び充填剤として使用される。これにより、約７５～８５％の連続気泡含有量を有するスポンジ状構造３０が提供される。製造プロセス後の細孔又は空洞の平均サイズは約５００ミクロンである。発泡の密度は約５０ｋｇｍ^-3である。必要に応じて、超微細セルロース繊維等の添加剤が提供される。製造プロセスでは、約２．５ｗｔ％のＣＯ₂が混合物の発泡に使用される。分枝剤及び／又は架橋剤は、０～４ｗｔ％の間の範囲内で好ましくは１ｗｔ％で提供される。必要に応じて、ＣａＣＯ₃が２．５～３％の範囲内で基体マトリックスに追加のフィラーとして使用される。

実験により、使用中の基体は、該基体の乾燥重量の約２０倍を吸水可能であると示された。使用において、基体は良好な固定実現性と植物の根の生育性とを示した。使用後、材料は分解され、任意に堆肥化された後、その成分はプロセスに使用され、それによって本発明による生分解性発泡基体の持続的成長特性に寄与した。

実験により、発泡の空孔率が少なくとも７６％で、総容積が２．４９ｃｍ³ ｇ^-1であることが示された。空孔率は、３つのサンプルについて水銀圧入式ポロシメトリーで測定した。測定には、約１０×８×８ｍｍのキューブを用いた。サンプルは、約２５℃の真空中で約１６時間かけて脱気した。その後、Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ社のＡｕｔｏｐｏｒｅ９５０５分析装置を用いて、０．００２ＭＰａから２２０ＭＰａの圧力をかけて、侵入曲線及び排出曲線を記録した。前処理で得られた質量損失を記録し、その乾燥質量を計算に用いた。

このサンプルの侵入－排出曲線を図７に示す。最初の侵入ステップは、約０．００２ＭＰａの圧力から平坦域に達する約１ＭＰａまでの比較的広い圧力範囲で発生する。第２の侵入ステップは、約６０ＭＰａから２２０ＭＰａの範囲の圧力で見られるが、これは実際の細孔よりむしろ大きなキューブの弾性圧縮によるものである。これは、侵入曲線が排出曲線に可逆的であるためであり、多孔質が存在する場合はそうではないことが理解されるであろう。

サンプルの特性は表１に示される。

表１のＥｎｔｒｙ１の骨格密度は、ヘリウム比重瓶法を用いて決定され、約１．２６ｇｃｍ^-3であった。このような違いは、高い気孔率によって引き起こされる可能性があり、使用したサンプルの質量が小さいことで、サンプル容積、つまり気孔率の決定がやや不正確になることが理解されるであろう。

図８は、侵入曲線から得られた細孔径分布を示す。圧力が低いときの排出曲線（より大きな細孔）は、各サンプルで違いが見られた。また、サンプルの分布にもかかる違いが見られる。例えば、Ｅｎｔｒｙ３のサンプルは、約１０～７００μｍの範囲で、約２６５μｍのモードである同一のサイズの細孔の寄与率が非常に高い分布を示している。Ｅｎｔｒｙ１，２のサンプルの分布はわずかに広く且つ低くなっているが、その範囲とモードはＥｎｔｒｙ３のサンプルと同様で、約１０～７００μｍの範囲にあり、２６５μｍ付近にモードがある。孔径が非常に小さい場合に見られるわずかな寄与は、サンプルの弾性圧縮に起因すると考えられる。

それ故、３つのサンプルは主に大きな粒子内の細孔を含むと結論付けられる。

実験により、本発明による生分解性発泡基体は、表２に記載された発泡基体の密度ａからなることが示された。

更なる実験では、ＰＢＡＴ、顔料、分枝剤、セルロースを押出機の第１ゾーンに加えて混合する。この混合物を約２００℃に加熱してＰＢＡＴを溶融し、混合物を均質化し、分枝剤とＰＢＡＴを反応させる。次のゾーンでは、約７０℃に予熱された界面活性剤が混合物に加えられる。更なるゾーンでは、反応混合物がゆっくりと冷却され、ＣＯ₂が注入される。押出機の最終ゾーンでは、静的ミキサーを用いて混合物を混合し、モールドに供給する。

本発明は、その上述の好ましい実施形態に決して限定されるものではない。求められる権利は以下の特許請求の範囲によって定義され、その範囲内では多くの変更が想定される。

Claims

生分解性ポリマーと核剤とを含む植物生育用の生分解性発泡基体であって、
前記生分解性ポリマーがポリエステル及び／又は芳香族ポリマーであり、
当該生分解性発泡基体が植物の生育を可能にする連続気泡構造を有する、植物生育用の生分解性発泡基体。
水銀圧入式ポロシメトリー又はガス物理吸着法に従って測定した場合、前記連続気泡構造が少なくとも５０％の連続気泡含有量を含む、請求項１に記載の植物生育用の生分解性発泡基体。
全平均サイズが０．００１～３．０ミリメートル、好ましくは０．０１～２．０ミリメートル、より好ましくは０．０１～１．５ミリメートルの範囲内であるセルを更に含み、
前記セルが、互いに連結された空洞である、請求項１又は２に記載の植物生育用の生分解性発泡基体。
前記生分解性ポリマーが、ポリブチレンセバケートテレフタレート及び／又はポリブチレンアジペートテレフタレートの群から選択される、請求項１～３のいずれか一項に記載の植物生育用の生分解性発泡基体。
前記生分解性ポリマーが、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネートの群のうちの１つ以上である、請求項１～４のいずれか一項に記載の植物生育用の生分解性発泡基体。
前記ポリエステル及び／又は前記芳香族ポリマーが、分枝及び／又は架橋されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の植物生育用の生分解性発泡基体。
前記核剤が、タルク、セルロース、ハイドロタルサイト、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、炭酸アルミニウム、重炭酸アルミニウム、炭酸カルシウム、重炭酸カルシウム、ステアリン酸カルシウム、又はそれらの混合物の群から選択される、請求項１～６のいずれか一項に記載の植物生育用の生分解性発泡基体。
前記生分解性発泡基体が、一体押出発泡である、請求項１～７のいずれか一項に記載の植物生育用の生分解性発泡基体。
水銀圧入式ポロシメトリー又はガス物理吸着法に従って測定した場合、前記生分解性発泡基体の前記連続気泡含有量が少なくとも７０％であり、
水銀圧入式ポロシメトリー又はガス物理吸着法に従って測定した場合、好ましくは前記生分解性発泡基体の前記連続気泡含有量が少なくとも８０％であり、
水銀圧入式ポロシメトリー又はガス物理吸着法に従って測定した場合、より好ましくは前記生分解性発泡基体の前記連続気泡含有量が少なくとも９０％であり、
水銀圧入式ポロシメトリー又はガス物理吸着法に従って測定した場合、最も好ましくは前記生分解性発泡基体の前記連続気泡含有量が少なくとも９５％である、請求項１～８のいずれか一項に記載の植物生育用の生分解性発泡基体。
前記生分解性発泡基体の全細孔容積が５～１００ｃｍ³ ｇ^-1の範囲内であり、好ましくは５～５０ｃｍ³ ｇ^-1の範囲内であり、より好ましくは５～２５ｃｍ³ ｇ^-1の範囲内である、請求項１～９のいずれか一項に記載の植物生育用の生分解性発泡基体。
前記生分解性発泡基体が、最大６０℃以下のガラス転移温度であり、好ましくは最大３０℃以下のガラス転移温度であり、より好ましくは最大０℃以下のガラス転移温度であり、最も好ましくは最大－２０℃以下のガラス転移温度である、請求項１～１０のいずれか一項に記載の植物生育用の生分解性発泡基体。
前記発泡基体の密度が、１０ｋｇｍ^-3～２００ｋｇｍ^-3の範囲内であり、より好ましくは２０ｋｇｍ^-3～９０ｋｇｍ^-3の範囲内であり、更に好ましくは３０ｋｇｍ^-3～７０ｋｇｍ^-3の範囲内であり、最も好ましくは約５０ｋｇｍ^-3である、請求項１～１１のいずれか一項に記載の植物生育用の生分解性発泡基体。
前記生分解性ポリマーの重量平均分子量が１０，０００ｇｍｏｌ^-1～１，０００，０００ｇｍｏｌ^-1の範囲内であり、好ましくは前記生分解性ポリマーの重量平均分子量が１０，０００ｇｍｏｌ^-1～５００，０００ｇｍｏｌ^-1の範囲内であり、より好ましくは前記生分解性ポリマーの重量平均分子量が２０，０００ｇｍｏｌ^-1～２５０，０００ｇｍｏｌ^-1の範囲内であり、最も好ましくは前記生分解性ポリマーの重量平均分子量が３０，０００ｇｍｏｌ^-1～１５０，０００ｇｍｏｌ^-1の範囲内である、請求項１～１２のいずれか一項に記載の植物生育用の生分解性発泡基体。
添加剤を更に含み、
前記添加剤が、パーライト、バーミキュライト、ナノクレイ、塩、セルロース繊維、麻繊維、綿繊維、ココナッツ繊維、ポリエチレングリコール、ポロキサマー、界面活性剤、植物栄養素、糖類、又はそれらの混合物の群から選択される、請求項１～１３のいずれか一項に記載の植物生育用の生分解性発泡基体。
前記セルロース繊維が、通常のセルロース繊維、超微細セルロース繊維、ナノ結晶セルロース繊維、ナノフィブリルセルロース繊維、表面改質セルロース繊維、又はこれらの混合物の群から選択される、請求項１４に記載の植物生育用の生分解性発泡基体。
植物生育システムであって、
植物と、請求項１～１５のいずれか一項に記載の生分解性発泡基体とを保持するための保持ユニットを含み、
前記保持ユニットは、好ましくは容器であり、より好ましくは少なくとも１つの開口端を有する容器である、植物生育システム。
下記ステップを含む、植物生育用の生分解性発泡基体の製造方法。
－試薬混合物を形成するために、生分解性ポリマーと、核剤と、分枝剤及び／又は架橋剤との混合物を投入する投入ステップ
－前記混合物を加熱する加熱ステップ
－前記混合物に物理的発泡剤を供給する供給ステップ
－請求項１～１５のいずれか一項に記載の生分解性発泡基体を形成するために、前記混合物を実質的に完全に押し出す押出ステップ
前記加熱ステップ前に、添加剤を加える添加ステップを更に含む、請求項１７に記載の方法。
前記物理的発泡剤は、二酸化炭素、窒素、アルゴン、ＭＴＢＥ、空気、（イソ）ペンタン、プロパン、ブタン、それらの類似物又はそれらの混合物である、請求項１７又は１８に記載の方法。
前記分枝剤及び／又は前記架橋剤を投入することが、ジクミルペルオキシド、ジ－ｔｅｒｔ－ブチルペルオキシド、ｔｅｒｔ－ブチルペルオキシベンゾエート、ｔｅｒｔ－パーオキシアセテート、ブタジエン、ブタジエン由来のポリマー、ジビニルベンゼン、ベンゾキノン、硫化フルフリル、それらの類似物又はそれらの混合物を投入することを含む、請求項１７、１８又は１９に記載の方法。
前記押出ステップは、一体押出発泡基体を形成するための単押出ステップを含む、請求項１７～２０のいずれか一項に記載の方法。